全 文 ：第 33卷 第 3期 生 态 科 学 33(3): 495−501
2014 年 5 月 Ecological Science May 2014

收稿日期: 2014-05-26; 修订日期: 2014-06-15
基金项目: 国家水体污染控制与治理科技重大专项课题“流域水生态保护目标制定技术研究”(2012ZX07501-001-02)
作者简介: 徐彩彩(1989—), 女, 山西省临汾人, 研究生, 主要从事河流分类研究, E-mail: xcc782679838@163.com
*通信作者: 孔维静(1978—), 男, 副研究员, 博士, 主要从事河流生态学研究, E-mail: kongwj@craes.org.cn

徐彩彩, 张远, 张殷波, 等. 辽河流域河段蜿蜒度特征分析[J]. 生态科学, 2014, 33(3): 495−501.
XU Caicai, ZHANG Yuan, ZHANG Yinbo, et al. Analysis on the characteristics of reach sinuosity in Liaohe River[J]. Ecological
Science, 2014, 33(3): 495−501.

辽河流域河段蜿蜒度特征分析
徐彩彩 1, 2, 张远 2, 张殷波 3, 侯利萍 2, 贾晓波 2, 孔维静 2,*
1. 山西大学黄土高原研究所, 太原 030006
2. 中国环境科学研究院流域水生态保护技术研究室, 北京 100012
3. 山西大学环境与资源学院, 太原 030006

【摘要】对辽河流域河流水系进行分段, 计算河段的蜿蜒度, 分析各子流域东辽河、西辽河、浑太河、辽河干流及其
支流的河段蜿蜒特征, 对 4 个子流域之间的河段蜿蜒度进行了差异显著性分析; 并研究了河段蜿蜒度与地貌、河流等
级、坡降的关系, 结果表明: (1)辽河流域共有 3158 个河段, 河段蜿蜒度范围为 1—4.2; (2)各子流域低度蜿蜒河段占流
域总河段数的 70%左右 , 辽河干流属于高度蜿蜒河段 , 大多数源头河流、西辽河中下游以及辽河干流东部的招苏台
河、清河、柴河的上游属于低度蜿蜒河段, 东辽河和浑太河河流从源头山地区流向平原地区后河流逐渐蜿蜒; (3)东辽
河、西辽河和浑太河 3 个子流域之间河段蜿蜒度差异不显著, 辽河干流及支流河段蜿蜒度显著高于其他 3 个子流域; (4)
不同地貌类型间河段蜿蜒度差异极显著, 河段蜿蜒度与河流等级成正相关关系, 河段蜿蜒度与坡降成负相关关系。

关键词：辽河; 蜿蜒度; 河流地貌; 河流等级; 坡降
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2014.03.015 中图分类号：K903 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2014)03-495-07
Analysis on the characteristics of reach sinuosity in Liaohe River
XU Caicai1,2, ZHANG Yuan2, ZHANG Yinbo3, HOU Liping2, JIA Xiaobo2, KONG Weijing2,*
1. Institute of Loess Plateau, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
2. Laboratory of Riverine Ecological Conservation & Technology, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing
100012, China
3. College of Environmental and Resource Sciences, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
Abstract: Reach sinuosity was calculated based on the segmented reaches in Liaohe River system, and characteristics of reach
sinuosity in the whole basin and sub-basins of East Liaohe River, West Liaohe River, Huntai River and main Liaohe River were
studied. Reach sinuosity among sub-basins was compared by the significance analysis of difference, and the relationship between
reach sinuosity and fluvial landforms, stream order and river slope. The results indicate that Liaohe River has 3158 reaches, and the
reach sinuosity ranges from 1 to 4.2. Low sinuosity accounts for 70% of total reaches, and main Liaohe River belongs to
high-sinuosity reach, and most of the head reaches belong to low sinuosity reach. The East Liaohe River, Huntai River get sinuous
gradually from head streams to plain rivers. The middle and lower sections of West Liaohe River and the east of main Liaohe River
belong to low-sinuosity reach. There are no significant differences among the East Liaohe River, West Liaohe River and Huntai
River, but obvious differences to the main Liaohe River. There are significant differences of the reach sinuosity among fluvial
landforms. And reach sinuosity is positively correlated to stream order, but negatively corrected to river slope.
Key words: Liaohe River; sinuosity; fluvial landforms; stream order; river slope
496 生 态 科 学 33 卷
1 前言
河流具有弯曲的自然属性[1], 这与河流水量、海
拔、坡降等自然因素有关[2]。对于河流的弯曲程度,
一般用蜿蜒度(sinuosity)表征。蜿蜒度的定义比较直
观, 1952年Luchisheva最早提出用河川蜿蜒度(River
sinuosity index)来定量描述河流的弯曲程度, 1957 年
Leopold 和 Wolman 提出地形蜿蜒度 (Index of
topographical sinuosity)的概念, 1968 年 Muller 提出
水力蜿蜒度(Index of hydraulic sinuosity)的概念[3–6]。
现在多直接用蜿蜒度来表示。不同类型的定义计算
方法不同, 但体现的都是河流发生弯曲的程度。
相对于渠道化形成的顺直河流, 自然弯曲河流
对河流物理形态、水文、水化以及水生生物群落等
方面的影响明显不同[7]。河流的蜿蜒程度决定了河
流的纵向弯曲结构和边界条件, 表征了河流侧向
运动能力 [8]; 河流发生弯曲可以为河流提供缓冲
区域[9]; 河流发生不同程度的蜿蜒引起的河流地貌
的改变能缩短洪水传播的时间[10]; 另外, 河流的蜿
蜒可以形成深潭、沼泽、浅滩、急流、支流等多种
生境类型, 为藻类、大型底栖动物和鱼类提供栖息、
繁衍的场所。例如, 深潭内水量充足, 流速小, 可以
为水生生物特别是鱼类提供休息场所; 浅滩生境易
于形成湿地, 可为鸟类、昆虫提供栖息地[7,11–12]。近
年来, 有关河流蜿蜒度的研究集中体现在以下 3 个
方面: (1)河流健康评估中的应用[13–15]; (2)河流分类
中的应用[8,16–17]; (3)河流蜿蜒度与河流生态系统的
关系[7,11–12]。
国外开展了许多具体河流中蜿蜒度的变化特点
及蜿蜒度与河床底质、河流坡度等环境因素关系的
研究[18–20]。在我国, 仅在台湾地区开展了少量河流
蜿蜒度的研究[9]。对具体流域河段尺度上的蜿蜒度
特征及其与环境因素的关系的研究更少。认识和理
解河流蜿蜒度特征, 不论是对以河流形态为基础的
河流分类研究, 还是对现代河流综合整治和河流健
康修复实践, 均有重要的科学和实践意义。本文以辽
河流域为研究对象, 研究了流域内河段蜿蜒度的变
化规律, 并分析了河段蜿蜒度变化的环境影响因素。
2 研究区概况
辽河流域位于中国东北地区西南部, 地理位置
在东经 117°00′—125°30′, 北纬 40°30′—45°10′之间。
发源于河北平泉县, 流经河北、内蒙古自治区、吉
林省和辽宁省, 注入渤海。辽河流域东西宽、南北窄,
总体上呈北高南低、东西高中部低的地势形态[21]。辽
河全长为 1430 km, 流域面积 22.9 万 km2, 由东辽
河、西辽河、浑太河、辽河干流及其支流 4 个流域
组成(图 1)。东辽河发源于辽源市境内的萨哈岭山,
全长为 488 km。西辽河水系的绝大部分都位于内蒙
古自治区东北部, 主要支流有西拉木伦河、老哈河、

图 1 辽河流域概况
Fig. 1 Overview of Liaohe River basin
3 期 徐彩彩, 等. 辽河流域河段蜿蜒度特征分析 497
教来河和乌尔吉木伦河。东、西辽河于福德店汇流后
为辽河干流, 招苏台河、清河、柴河、柳河等支流流
入辽河干流, 最后经双台子河由盘山入海。浑河、太
子河于三岔河汇合后形成大辽河由营口入海[21–23]。
辽河流域属于温带半湿润半干旱的季风气候。
年降水量约为 300—1000 mm, 60%的降水量集中在
每年的 4—9 月份。降水量区域变化很大, 辽河干流
以东达 900 mm 左右, 向西逐渐减少, 西辽河上游多
风沙, 降水量减少到 300 mm 左右, 东部降水量达到
西部的 2.5 倍。全流域有很多季节性断流河段。全
流域年均气温在 4—9 ℃之间, 分布特点为平原地
区较高山地区较低, 自南向北逐渐递减。1 月份最低,
达到–9—18 ℃, 7 月份最高, 达到 21—29℃。流域
内地貌类型以山地、丘陵、平原和台地为主[22]。
3 研究方法
3.1 数据来源
本研究使用的数据包括 90 m分辨率的DEM和
辽河流域地貌类型图, 90 m 分辨率的 DEM 是美国
太空总署、国防部国家测绘局以及德国与意大利
航天机构共同测绘完成的数据, 覆盖率达到全球的
80%, 通过美国地质调查局网站(http://srtm.usgs.gov)
下载。通过 DEM 提取的水系计算河段蜿蜒度、河
流等级以及河段坡降。辽河流域的地貌类型图来自
全国 1︰1000000 的地貌类型矢量图。
3.2 数据处理与技术路线
利用ArcGIS10.0水文分析工具里的地表径流漫
流模型对 DEM 数据进行处理, 得到辽河流域水系
图, 根据 Strahler 河网分级法计算河流等级; 目视并
标示水系中河流的交汇点, 以交汇点为分割点对河
流分段; 利用ArcGIS10.0软件计算出河段的蜿蜒度;
基于 DEM 数据提取并计算河段坡降; 通过辽河流
域地貌类型图提取辽河流域河段地貌类型; 通过
SPSS17.0 分析不同流域间河段蜿蜒度的差异性、不
同地貌类型之间河段蜿蜒度差异性以及河段蜿蜒度
与河流等级、河段蜿蜒度与河段坡降的相关性。本
研究技术路线见图 2:
3.2.1 水系的提取与河段划分
在 ArcGIS10.0 软件下, 采用地表径流漫流模型
提取河网水系[24–25]。具体步骤为: 通过 DEM 计算水
流的方向, 利用水流方向计算汇流累积量, 设置一
个汇流量阈值, 超过阈值的汇流量生成水流路径,
形成河网水系; 以 DEM 提取的河网水系图为基础,
通过河流交汇点对水系进行分段。具体步骤为: 在
ArcGIS10.0 软件下, 目视并标示出水系中河流的交
汇点, 以交汇点为分割点实现河流分段。
3.2.2 蜿蜒度的计算与分类
蜿蜒度是由河流中心线与河流流域中心线的比
值决定的[26](图 3), 计算公式为:
S = Lr/Lv,
其中, S 为蜿蜒度, Lr 是河流中心线, 即所测河段本
身的长度, Lv 是河流流域中心线, 即所测河段上下
游两点间的直线距离, Lr和 Lv都是在ArcGIS10.0软
件下计算得到的。

图 2 技术路线
Fig. 2 Technical procedure
498 生 态 科 学 33 卷

图 3 蜿蜒度概况
Fig. 3 Overview of sinuosity
采用广泛应用的 Rosgen[16]分类标准对蜿蜒度
进行分类: S=1 为顺直河段; S<1.2 为低度蜿蜒, S=
1.2—1.4 为中度蜿蜒, S >1.4 为高度蜿蜒。
3.2.3 河流因子及环境因子的提取
在 ArcGIS10.0 软件平台下, 利用河段从辽河流
域地貌类型分布图中提取辽河流域的河段地貌类型;
采用Strahler河流等级的计算方法, 以DEM提取的河
流水系图为基础, 对河流进行分级, Strahler 认为河流
顶端的没有支流的河流为最低等级, 根据支流的增
加等级增加[27–28]。具体操作为: 在 ArcGIS10.0 软件
下, 利用水文分析工具, 选择河网分级中的 Strahler
分级法, 完成河流分级; 河流坡降是指河流上游的
海拔与河流下游的海拔之差与河流的流域中心线的
比值[26], 计算公式为:
P = (Eu–Ed)/Lv
其中, P 为坡降, Eu 为所测河段入口的海拔, Ed 为河
段出口的海拔, Eu 和 Ed 是在 ArcGIS10.0 软件下通
过 DEM 数据提取的; Lv 是河段流域中心线, 即所测
河段上下游两点间的直线距离, 也是在 ArcGIS10.0
软件下计算得到的。
3.2.4 数据分析
在 SPSS17.0 软件下进行数据分析, 采用单因素
方差分析(One-way ANOVA)进行数据的差异性分析;
采用双变量相关分析进行数据的相关性分析。
4 结果分析
4.1 辽河流域河段蜿蜒度特征分析
辽河流域共有 3158 个河段, 蜿蜒度范围为 1—
4.2。其中 S=1 的顺直河流河段共 16 个, 分布区域
均在 3 条河流交汇的地方, 这些河段长度很短, 在
0—4 km 之间; 辽河流域低度蜿蜒河流共 1576 个河
段, 占辽河流域河段总数的 50%, 河段长度范围为
1.2—93.6 km, 主要分布在辽河流域的源头区域; 中
度蜿蜒河流共 1227 个河段, 占辽河流域河段总数的
39%, 河段长度范围为 0.97—129.2 km, 分布比较分
散; 高度蜿蜒河流共 300 个河段, 占辽河流域河段
总数的 9%, 河段长度范围为 0.99—103.2 km, 主要
分布在辽河干流的部分支流、浑太河的少部分山地
区以及西辽河的部分山地区; 蜿蜒度大于 2.0 的河
段共 39 个, 占辽河流域河段总数的 0.12%, 河段长
度范围为 1.95—60 km, 主要是山地区盘山围绕的
河流。
4.2 各子流域蜿蜒度特征分析
东辽河流域面积 11244 km2, 共有 297 个河段,
蜿蜒度范围为 1—2.5, 其中顺直河段有 2个, 低度蜿
蜒河流有 219 个河段, 占东辽河河段总数的 74%,
主要分布在东辽河的源头区; 中度蜿蜒河流有 63 个
河段, 占东辽河的河段总数 21%, 主要分布在东辽
河的中等支流上; 高度蜿蜒河流有 11 个河段, 占东
辽河河段总数的 3%, 主要分布在东辽河干流的中
下游和少部分中等支流上; 蜿蜒度>2 的河段有 2 个,
都是山地区盘山围绕的河流(图 4)。
西辽河流域面积 141792 km2, 共有 1232 个河段,
蜿蜒度范围为 1—4.2, 其中顺直河段有 6个, 低度蜿
蜒河流有 890 个河段, 占西辽河河段总数的 72%,
大部分分布在西辽河流域的源头区, 西拉木伦河、
西辽河干流也属于低度蜿蜒河段; 中度蜿蜒河流有
230 个河段, 占西辽河河段总数的 19%, 分布不集中;
高度蜿蜒河流有 94 个河段, 占西辽河河段总数的
7.5%, 主要是一些中等支流河段; 蜿蜒度>2 的河段
有 12 个, 都是山地区盘山围绕的河流(图 4)。
浑太河流域面积 28341 km2, 共有 861 个河段,
蜿蜒度范围为 1—3.4, 其中顺直河段有 5个, 低度蜿
蜒河流有 608 个河段, 占浑太河河段总数的 70%,
主要分布在浑太河流域的源头区; 中度蜿蜒河流有
154 个河段, 占浑太河河段总数的 18.5%, 分布规律
不明显; 高度蜿蜒河流有 80 个河段, 占浑太河河段
总数的 9%, 主要分布在浑太河的干流和部分中等
支流上; 蜿蜒度>2 的河段有 14 个, 都是山地区盘山
围绕的河流。浑太河干流的蜿蜒度普遍大于支流,
浑河和太子河汇合后形成的大辽河属于中高度蜿蜒
河段(图 4)。
辽河干流及其支流流域面积 44196 km2, 共有
768 个河段, 蜿蜒度范围为 1—3.0。其中顺直河段有
3 个, 低度蜿蜒河流有 460 个河段, 占整个流域河段
总数的 59%, 主要分布在该区域的源头区及柳河、
3 期 徐彩彩, 等. 辽河流域河段蜿蜒度特征分析 499

图 4 子流域蜿蜒度特征(图中 a、b、c、d 分别代表东辽河、西辽河、浑太河、辽河干流及支流)
Fig. 4 The characteristics of reach sinuosity of four basin(a, b, c and d represent respectively East Liaohe River, West Liaohe
River, Huntai River and main Liaohe River)
饶阳河的中下游; 中度蜿蜒河流有 179 个河段, 占
整个流域河段总数的 23%, 主要分布在该区域的各
个支流上; 高度蜿蜒河流有 115 个河段, 占整个流
域河段总数的 16%, 主要分布在辽河干流、招苏台
河和清河中下游; 蜿蜒度>2 的河段有 11 个, 都是山
地区盘山围绕的河流(图 4)。
4.3 流域间河段蜿蜒度差异性分析
差异显著分析结果表明: 辽河流域 4 个子流域
河段蜿蜒度的均值大小顺序依次为: 东辽河<浑太
河<西辽河<辽河干流及支流; 东辽河、西辽河、浑
太河三大流域内河段蜿蜒度差异不显著, 辽河干流
及支流的河段蜿蜒度显著高于与东辽河、西辽河以
及浑太河这 3 个流域。
4.4 河流蜿蜒度与地貌类型、河流等级和坡降的关系
辽河流域的地貌类型主要为山地、丘陵、平原
和台地, 差异显著性分析结果表明不同地貌类型区
域的河段蜿蜒度差异性极显著, 蜿蜒度均值大小顺
序依次为: 山地<丘陵<平原<台地。辽河流域河流
有 1—6 级(图 1), 1、2、3、4、5、6 级河流分别占
全流域河段总数的 50.2%、 26.4%、12.2%、6.2%、
3%和 2%。河流等级与河段蜿蜒度的相关性分析表
明河流等级与河段蜿蜒度极显著正相关 (r=0.09,
P<0.01)。差异显著性分析结果表明 1、2、3、4 级
河段之间蜿蜒度差异不显著(P>0.05), 5、6 级河段
之间蜿蜒度差异也不显著(P>0.05), 但是 1、2、3、
4 级河段蜿蜒度显著低于 5、6 级河段蜿蜒度
(P<0.05)。
辽河流域河段的坡降范围为 0—0.158, 相关性
分析结果表明河段坡降与蜿蜒度之间极显著负相关
(r=–0.171, P<0.01), 即河段蜿蜒度随着坡降的增大
变小, 坡降越小河流越弯曲。
500 生 态 科 学 33 卷
5 讨论
辽河流域地貌类型主要由山地、丘陵、平原以
及台地组成, 地貌分布特征与河段蜿蜒度有极显著
的相关性。东辽河、西辽河以及浑太河源头河流多
为山地河流, 河道受河谷限制难以形成弯曲河流, 所
以源头地区的河流大部分属于低度蜿蜒河流。河流由
山地、丘陵地区流向平原区域后逐渐发生弯曲[9], 因
此, 东辽河中下游地区河段蜿蜒度开始增大, 浑太
河流域干流的蜿蜒度普遍大于支流。蜿蜒度可以影
响洪水的泛滥过程[29], 进而影响河道形态, 形成多
样的河流生境条件, 可以增加生物多样性, 因此高
蜿蜒度的河流在水生态系统保护中应该优先保护,
并制定相应的管理措施。西辽河中下游、西拉木伦
河干流、老哈河干流地区由于人工筑堤、农业种植
以及大型水库的建立等人类活动的影响, 形成了许
多低度蜿蜒的渠道化河流, 这不利于流域内生物多
样性的保护。
辽河干流及其支流主要处于平原地区, 河流横
向运动空间大。辽河干流东侧支流上游为山区, 河
流不容易发生弯曲, 蜿蜒度低; 干流西侧支流上游
多黄土沙丘, 水土流失严重, 蜿蜒度较高, 同时, 该
区域是辽河流域的主要农业生产区, 部分自然河流
人工渠道化用于农业灌溉, 所以在饶阳河、柳河、
秀水河 3 条支流的下游部分区域河流蜿蜒度较低。
因此, 辽河干流在生态系统保护中也应制定相应的
管理措施实施优先保护, 尽量减少渠道化等人为因
素对河道蜿蜒度的干扰。
辽河流域中蜿蜒度>2 的河段主要是山地区盘
山围绕的河流。这些河流发生弯曲主要是受到地形
因素的影响, 由于山地区水流速度快, 在河流管理
中应该禁止挖沙采石等人类影响, 保持河流的自然
形态。
河流发生弯曲不仅受地形地貌的影响, 流量、
坡降、海拔等因素也会影响河道发生弯曲的程度[12]。
河段蜿蜒度与河流等级有极显著的正相关性, 因为
河流等级反映了河流的流量特征, 河流交汇后, 河
水流量变大, 洪水发生的频率增加, 对河岸的影响
增大, 河水对河岸的冲蚀力增大, 影响到河流纵向
和横向的侵蚀过程, 导致河流的弯曲程度越大[9]。因
此, 河流等级越大河段蜿蜒度越高, 河流等级越低
河段越顺直。河段蜿蜒度与坡降有极显著相关性,
这是因为河段上下断面的动能差越大, 河段弯曲系
数就越大[1], 所以, 坡降的增加会导致蜿蜒度的减
小, 坡降逐渐平缓蜿蜒度反而增大。
6 结论
研究结果表明: 辽河流域河段蜿蜒度范围为 1~
4.2, 以低度蜿蜒河段为主, 主要分布在东西辽河、
浑太河的源头区和流域内的农业生产区。中度蜿蜒
河流占 39%, 主要分布在山地区向平原地区过渡的
流域。高度蜿蜒河流仅占全流域的 9%, 主要分布在
东辽河干流、浑太河干流以及辽河干流的部分河段,
大辽河干流属于中高度蜿蜒河段。
东辽河、西辽河和浑太河之间的河段蜿蜒度差
异不显著, 辽河干流及其支流河段蜿蜒度显著高于
其他 3 个流域; 不同地貌类型间河段蜿蜒度差异极
显著; 河段蜿蜒度随着河流等级的增大而增大, 而
且在河流等级为 5、6 级的干流河段蜿蜒度增加显著;
但随着河段坡降的增大变小, 即蜿蜒度与坡降成负
相关关系。
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